Sinds het einde van de 19e eeuw, waarnemers hebben de poolhemel afgezocht naar ongrijpbare, hoogvliegende wolken die schijnen in de duisternis. Deze polaire mesosferische wolken, of PMC's, zijn piekerige zwermen ijskristallen die zich in de late lente en zomer boven de Noord- en Zuidpool vormen. Waarnemers zien ze het beste in de schemering, wanneer de zon ze van achter de horizon verlicht tegen een donkere lucht. Meer dan alleen een mooi gezicht, ze bevatten ook aanwijzingen voor wat er in de atmosfeer van de aarde gebeurt.

"Wat veel belangstelling heeft gewekt voor deze wolken, is hun gevoeligheid - ze komen net op de rand van levensvatbaarheid voor in de bovenste atmosfeer, waar het ongelooflijk droog en ongelooflijk koud is, " zei Richard Collins, ruimtefysicus aan de Universiteit van Alaska, Fairbanks en hoofdauteur van het papier. "Ze zijn een zeer gevoelige indicator van veranderingen in de bovenste atmosfeer - veranderingen in temperatuur en / of veranderingen in waterdamp."

Collins en zijn medewerkers vermoedden dat PMC's in verband konden worden gebracht met afkoeling in de bovenste atmosfeer - en hij probeerde de microfysica van het proces te begrijpen. In een nieuw artikel gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek , ze deelden resultaten van NASA's Super Soaker-missie, een kleine suborbitale raket gelanceerd in Alaska, waaruit blijkt dat waterdamp in onze bovenste atmosfeer de omgevingstemperatuur snel kan verlagen en een van deze helder schijnende wolken kan veroorzaken.

Om dit uit te testen, ze besloten een kleine hoeveelheid water vrij te geven en hun eigen PMC te maken. Ze zijn specifiek gelanceerd op een moment - januari in het noordpoolgebied - dat typisch ongastvrij is voor de vorming van PMC's, in de hoop dat ze er toch een konden katalyseren.

"We wilden het mengen van kunstmatig gecreëerde en natuurlijk voorkomende PMC's vermijden, " zei Irfan Azeem, ruimtefysicus bij Astra, LLC in Louisville, Colorado en hoofdonderzoeker van de Super Soaker-missie. "Op die manier konden we erop vertrouwen dat elke PMC die we hebben waargenomen te wijten was aan het Super Soaker-experiment."

De Super Soaker-raket gelanceerd in de vroege ochtenduren van 26 januari, 2018, van het Poker Flat-onderzoeksassortiment in Fairbanks, Alaska. Het bereikte een hoogte van ongeveer 53 mijl toen het team de explosie van hun bus met ongeveer 485 pond water veroorzaakte. Achttien seconden later, de straal van een laserradar op de grond detecteerde de zwakke echo van een PMC.

De onderzoekers stopten die metingen in een model dat de PMC-productie simuleerde. Ze wilden weten hoe de lucht waarin het water vrijkwam had moeten veranderen om een ​​PMC te creëren zoals ze hebben waargenomen.

"We hebben geen directe temperatuurmetingen van de wolk, maar we kunnen die temperatuurverandering afleiden op basis van wat we denken dat nodig is om de wolk te laten vormen, ' zei Collins.

Het model toonde aan dat er sprake moet zijn van aanzienlijke afkoeling. "De enige manier waarop we met de aanwezige hoeveelheid water een wolkvorm konden krijgen, was door te zeggen dat in het lichaam van de wolk, er was een temperatuurdaling - ongeveer 45 graden Fahrenheit (25 graden Celsius) in temperatuur." Gewoon water in de regio introduceren, de resultaten gesuggereerd, leidde tot een aanzienlijke lokale temperatuurdaling.

"Dit is de eerste keer dat iemand experimenteel heeft aangetoond dat PMC-vorming in de mesosfeer rechtstreeks verband houdt met afkoeling door waterdamp zelf, ' zei Azeem.

De paper gaat verder met het verbinden van de resultaten met de realiteit van ruimteverkeer, omdat waterdamp een veelvoorkomend bijproduct is van satellieten en raketlanceringen. In de dagen van de space shuttle, bijvoorbeeld, een enkele lancering was verantwoordelijk voor ongeveer 20% van de PMC-ijsmassa die in een seizoen werd waargenomen.

Maar meer waterdamp betekent niet dat de temperatuur grenzeloos daalt, Collins legt uit. PMC's werken als een thermostaat. Als de waterdamp bevriest, het verandert in ijskristallen. Maar die ijskristallen nemen warmte nog beter op dan water in dampvorm. Terwijl de ijskristallen opwarmen, ze sublimeren uiteindelijk weer in damp, en de cyclus herhaalt zich.

"En dus is er een jojo heen en weer, het regelen van de temperatuur van de verandering die wordt veroorzaakt door de geïnjecteerde waterdamp, ' zei Collins.

Nog altijd, verhoogde waterdamp zal van invloed zijn op hoe en wanneer PMC's worden gevormd. Voor degenen die PMC-vorming willen voorspellen, het bijhouden van zowel natuurlijke als door mensen geïnjecteerde waterdamp zal de sleutel tot succes zijn.

"Het hangt af van de hoeveelheid ruimteverkeer, over wat er gebeurt als het waterdampbudget daarboven toeneemt, Collins zei. "Als we een grote hoeveelheid nieuw verkeer zouden hebben, dan zijn we niet langer in een natuurlijke omgeving en zouden we dit moeten gaan modelleren."